JPH0720949A - 流体の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】流体の温度制御の精度の向上。 【構成】オンオフ制御手段１６、１７および連続制御手
段１８が３つ設けられ、温度制御前に、すべてのオンオ
フ制御手段１６、１７にオンオフ制御を行わせるととも
にすべての連続制御手段１８にオンオフ制御を行わせ
る。そして、このようにすべての制御手段１６〜１８に
オンオフ制御を行わせたときの、オンオフの１周期に対
するオン時間の比が演算によって求められる。そして、
この演算された比に基づいて制御対象である流体の熱容
量が推定され、この推定された熱容量に対応する熱容量
の熱源１１、１２、１３を制御する各制御手段１６、１
７、１８の組合わせがすべての制御手段１６〜１８の中
から選択される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の温度を制御する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大容量の流体の温度制御は、
オンオフ制御あるいは連続制御またはこれら制御の組合
せによって行われている。

【０００３】ここに、オンオフ制御とは、所定熱容量の
熱源で発生する熱の流体への供給を、流体の目標温度と
現在温度との偏差の極性に応じてオンオフさせる制御の
ことであり、連続制御とは、上記偏差に基づいて所定熱
容量の熱源で発生する熱を流体に連続的に供給する制御
のことである。

【０００４】これらオンオフ制御を行う制御装置と連続
制御を行う制御装置の組合せによって温度制御される温
度制御装置においては、目標温度付近に至るまでの一定
量をオンオフ制御装置によって制御し、残りを連続制御
装置によって制御することで、精度よく温度制御を行う
ようにしている。

【０００５】また、流体の流量、流体の入口と流体の出
口の温度差が切り換えられる場合がある。この場合、温
度制御能力の変更を伴うので、操作盤等に設置された切
換スイッチを操作し、オンオフ制御装置の使用・不使用
を二者択一的に変更し制御能力の切換えを行うようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、温度制御
能力の切換えが、二者択一的に行われる従来方式にあっ
ては流体の流量、目標温度を任意に設定することが難し
い。さらに、外部要因によって流体の流量が、温度制御
中に大きく変化するような場合には、流体の熱容量が、
切換スイッチにより二者択一的に設定された熱源の熱容
量とマッチングが取れなくなり、制御の精度を確保する
ことができないという問題が招来する。本発明はこうし
た実状に鑑みてなされたものであり、流体の流量、温度
差の切換えに応じて最適な温度制御をなし得る温度制御
装置を提供することを第１の目的とし、温度制御中にお
ける外乱等に応じて流体の流量等が変化したとしても、
この変化に応じて最適な温度制御をなし得る温度制御装
置を提供することを第２の目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の第１
発明では、流体の目標温度と該流体の現在温度との偏差
に応じて熱源で発生する熱を前記流体に供給する制御手
段を、複数の熱源ごとに設け、これら複数の制御手段の
中から各制御手段の組合せを適宜選択し前記流体を目標
温度に制御する流体の温度制御装置において、前記偏差
の極性に応じて前記流体への熱の供給をオンオフする制
御を前記複数の制御手段のすべてに行わせ、オンオフの
１周期に対するオン時間の比を演算し、該演算された比
に基づいて前記流体の熱容量を推定し、該推定された熱
容量に対応する熱容量の熱源を制御する各制御手段の組
合わせを前記複数の制御手段の中から選択し、該選択さ
れた組合せの制御手段に温度制御を行わせ、前記流体の
温度を目標温度に制御するようにしている。

【０００８】また、この発明の第２発明の主たる発明で
は、制御手段は、２以上の連続制御手段とオンオフ制御
手段とからなり、選択される各制御手段の組合せ中に、
連続制御手段が常に含められ、流体の温度制御中に、連
続制御手段の操作量が最小値となった場合に、温度制御
を行うオンオフ制御手段を減少させるとともに、連続制
御手段の操作量が最大値となった場合に、温度制御を行
うオンオフ制御手段を増加させるようにしている。

【０００９】

【作用】かかる第１発明の構成によれば、制御手段が複
数設けられて、温度制御前に、すべての制御手段にオン
オフ制御を行わせる。そして、このようにすべての制御
手段にオンオフ制御を行わせたときの、オンオフの１周
期に対するオン時間の比が演算によって求められる。そ
して、この演算された比に基づいて制御対象である流体
の熱容量が推定され、この推定された熱容量に対応する
熱容量の熱源を制御する各制御手段の組合わせが複数の
制御手段の中から選択される。

【００１０】このように選択された各制御手段の組合せ
中の制御手段に温度制御を行わせることで、流体の熱容
量に適合した温度制御が精度よくなされる。

【００１１】また、第２発明の構成によれば、選択され
る各制御手段の組合せ中に、連続制御手段が常に含めら
れ、流体の温度制御中に、連続制御手段の操作量が最小
値となった場合に、オンオフ制御手段が減少され、また
連続制御手段の操作量が最大値となった場合に、オンオ
フ制御手段が増加されるよう、オンオフ制御手段の増減
がなされ、流体の熱容量の変化に応じた適合した温度制
御が精度よくなされる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る流体の温
度制御装置の実施例について説明する。

【００１３】図１は実施例の温度制御装置の構成を示す
ブロック図であり、同図に示すように、この温度制御装
置は、大きくは、流体の温度の目標値ＳＶおよび現在の
流体の温度ＰＶ＿ＯＵＴを入力して、各温度制御部１６
〜１８に操作量を出力するＣＰＵ１と、後述するよう温
度制御に使用する熱源の組合せ等所要のデータが記憶さ
れているメモリ２と、オンオフ制御を行うオンオフ制御
部１６、１７と、連続制御を行う連続制御部１８と、制
御対象の流体が入力され、かつ出力される負荷１４と、
この負荷１４の出口温度ＰＶ＿ＯＵＴを検出し、ＣＰＵ
１にフィードバックする出口温度検出部１５とから構成
されている。負荷１４は、全体の２５％の熱容量を有す
る熱源１１と同じく２５％の熱源１２と同じく５０％の
熱源１３で発生する熱が所要に供給されることで温度制
御される。

【００１４】ＣＰＵ１のモード切換スイッチＳＷは、負
荷熱容量推定モードあるいは温度制御モードの切換えを
行うスイッチであり、第１接点６に切換えられると、負
荷熱容量推定モードとなり、目標値（流体設定温度）Ｓ
Ｖとフィードバック量（流体出口温度）ＰＶ＿ＯＵＴと
の偏差ｅｒがオンオフ制御演算部３を介し負荷熱容量推
定部４に加えられ、後述する推定演算が実行される。ま
た、温度制御開始の際には、スイッチＳＷは第２接点７
に切り換えられ温度制御モードとなり、偏差ｅｒが操作
量演算部５に加えられ、操作量演算部５からは操作量Ｍ
Ｖが連続制御部１８に、また負荷熱容量推定部４からは
負荷熱容量推定モード時に選択されたオンオフ制御部１
６、１７に対し、給電指令（オン指令）が付与されて温
度制御が実行される。

【００１５】オンオフ制御部１６のコンタクタ８には、
負荷熱容量推定部４からオン、オフ二位置の信号、つま
り１００％（オン）ないしは０％（オフ）の操作量が加
えられて、熱源１１に電力を所要に印加し、熱源１１で
発生する熱の負荷１４への供給をオンオフする。同様
に、オンオフ制御部１７のコンタクタ９には、負荷熱容
量推定部４からオン、オフ二位置の信号が加えられて、
熱源１２に電力を所要に印加し、熱源１２で発生する熱
の負荷１４への供給をオンオフする。

【００１６】操作量演算部５は、温度制御モード時に、
上記偏差ｅｒを所定ゲイン倍等して操作量ＭＶを演算
し、これを連続制御部１８の位相制御ユニット１０に加
える。連続制御部１８の位相制御ユニット１０は、操作
量演算部５から加えられた操作量ＭＶに応じて熱源１３
に電力を所要に印加し、熱源１３で発生する熱の負荷１
４への供給を連続的に制御する。また、位相制御ユニッ
ト１０には、負荷熱容量推定モード時に、負荷熱容量推
定部４からオン、オフ二位置の信号、つまり１００％
（オン）ないしは０％（オフ）の操作量が加えられて、
熱源１３に電力を所要に印加し、熱源１３で発生する熱
の負荷１４への供給をオンオフする。なお、連続制御部
１８はＰＩＤ制御を行う。

【００１７】オンオフ制御演算部３は、負荷熱容量推定
モード時に、全ての制御部１６、１７および１８に対
し、偏差ｅｒが正の場合に１００％の操作量を加え、偏
差ｅｒが負の場合に０％の操作量を加え、各制御部１
６、１７および１８にオンオフ制御を行わせる。

【００１８】負荷熱容量推定部４は、負荷熱容量推定モ
ード時に、上記各制御部１６、１７および１８がオンオ
フ制御動作をしたときのオンオフのサイクルタイムＴcy
とオン時間（加熱時間Ｔht）を計測し、これらの比率、
つまり加熱比率Ｔht／Ｔcyから、負荷１４の熱容量Ｑを
推定し、使用する熱源１１〜１３の組合わせを決定する
処理を行う。以下、すべての制御部１６〜１８をオンオ
フさせる制御を流量推定動作という。

【００１９】いま、負荷１４の流体の流量をｑ［l/mi
n］、設定温度ＳＶと負荷１４の入口温度との温度差を
ΔＴ［°c］とすると、負荷１４が必要とする熱容量Ｑ
は以下の式（１）によって求められる。

【００２０】Ｑ＝Ｃ・ｑ・ΔＴ［kW］ …（１） ここで、Ｃは流体の比重、比熱によって決まる定数であ
る。

【００２１】さて、この（１）式をみる限りは、負荷１
４の熱容量Ｑを求めるには、流体の流量ｑ等を計測する
必要があるが、上記するような流量推定動作を行い次式
（２）の演算をすることで、流量ｑ等を計測することな
く、負荷１４の熱容量Ｑを推定することができる。

【００２２】すなわち、熱源１１〜１３の全熱容量Ｈ
と、上記加熱比率Ｔht／Ｔcyと、負荷１４の熱容量Ｑと
の間には、 Ｑ＝Ｈ・Ｔht／Ｔcy …（２） という関係が成立し、加熱比率Ｔht／Ｔcyが演算されれ
ば、これと既知の値Ｈから負荷１４の熱容量Ｑが求め得
る。

【００２３】そこで、オンオフ制御部の１モジュールあ
たりの熱容量をｈon［kW］、連続制御部の１モジュール
あたりの熱容量をｈph［kW］とすると、 ｎon・ｈon＜Ｑ＜ｎon・ｈon＋ｎph・ｈph …（３） という関係式が成立するように、オンオフ制御部のモジ
ュール数ｎon、連続制御部のモジュール数ｎphを選択す
れば、安定な制御が期待できる。

【００２４】よって、熱容量Ｑに対応する熱容量の熱源
を制御する連続制御部、オンオフ制御部の組合せを図５
に示すように予め決定しておき、これをメモリ２に記憶
しておけば、温度制御を安定して行うことができる。

【００２５】図５は加熱比率Ｔht／Ｔcyに応じて各種制
御モードＭ１、Ｍ２、Ｍ３が設定され、各種制御モード
に応じた連続制御部、オンオフ制御部の組合せを示して
いる。なお、連続制御ユニット１０の制御定数である比
例ゲインＫp、積分時間ＴI、微分時間ＴDも制御モード
に応じて異ならせている。たとえば、加熱比率Ｔht／Ｔ
cyが０．７５未満０．５以上の範囲の場合は、制御モー
ドＭ２であり、２５％の熱源１１を制御するオンオフ制
御部１６と５０％の熱源１３を制御する連続制御部１８
が選択され、位相制御ユニット１０の制御定数として比
例ゲインＫp2、積分時間ＴI2、微分時間ＴD2が選択され
る。

【００２６】図２は、連続制御部１８の制御系をより詳
細に示したブロック図であり、同図に示すようにＣＰＵ
１で演算された０〜１００％の操作量ＭＶは、ディジタ
ル信号としてＤ／Ａ変換器１９に加えられる。Ｄ／Ａ変
換器１９では入力されたディジタル信号が、電流あるい
は電圧等のアナログ信号ＭＶＯに変換され、これが指令
値として電力制御器２０に加えられる。電力制御器２０
では、電圧あるいは電流の指令値ＭＶＯが電力ＰＷに変
換され、これが熱源であるハロゲンランプ１３に加えら
れる。ハロゲンランプは、投入された電力ＰＷに応じて
発光し熱量ＨＥＡＴを負荷である純水１４に伝える。

【００２７】ここで、電流あるいは電圧ＭＶＯの電力Ｐ
Ｗへの変換、および電力ＰＷの熱量ＨＥＡＴへの変換に
は、非線形性がある。しかし、この補正を演算で行うと
すると、ＣＰＵ１にかかる演算の負荷が余りにも大きく
なる。そこで、操作量ＭＶと熱量ＨＥＡＴとの関係を実
験あるいは演算によって予め求めておき、それをメモリ
２内にテーブルとして蓄えておくようにすれば、演算時
間の短縮、プログラムサイズの縮小を図ることができ
る。

【００２８】以下、図３に示すフローチャートを参照し
て、図１の温度制御装置の起動時の動作について説明す
る。同図３に示すように、温度制御装置の電源投入後
（ステップ１０１）、モード切換スイッチＳＷが負荷熱
容量推定モードに切り換えられ（ステップ１０２）、図
示せぬ加熱開始スイッチがオンにされると、まず、その
オン時点での負荷１４の出口温度ＰＶ＿ＩＮＩＴが初期
温度として記憶され（ステップ１０３）、温度差ΔＴ
（＝ＳＶ−ＰＶ＿ＩＮＩＴ）を偏差ｅｒとし（ステップ
１０５）、この偏差ｅｒに応じて加熱を開始する（図４
参照；ステップ１０６）。

【００２９】つぎに、負荷推定動作としてのオンオフ動
作、つまり流体１４の温度ＰＶ＿ＯＵＴが、目標温度Ｓ
Ｖ以下の場合１００％の操作量を出力し、逆に温度ＰＶ
＿ＯＵＴが目標温度ＳＶよりも大きい場合に０％の操作
量を各制御部１６、１７および１８に出力する処理がオ
ンオフ制御演算部３でなされる。なお、図４では連続制
御部１８に加える操作量ＭＶを示している（図４参照；
ステップ１０７）。

【００３０】オンオフ動作中に、オン時間Ｔhtとオンオ
フのサイクルの１周期Ｔcyが計測され、加熱比率Ｔht／
Ｔcy（図４参照）が負荷熱容量推定部４で演算される
（ステップ１０８）。演算された加熱比率Ｔht／Ｔcyに
図５が適用され、流体１４の熱容量に適合した熱源の組
合せ、つまり熱源を制御すべき各制御手段１６〜１８の
組合せ、つまり制御モードＭ１、Ｍ２、Ｍ３のいずれか
が選択、決定される。決定された制御モードはメモリに
格納される（ステップ１０９）。

【００３１】以下、モード切換スイッチＳＷが温度制御
モードに切り換えられ、偏差ｅｒが操作量演算部５に加
えられる。

【００３２】負荷熱容量推定部４では、メモリから決定
された制御モードＭ１…を読み出し、負荷熱容量推定モ
ード時に選択されたオンオフ制御部１６、１７をオン状
態に固定する。一方、操作量演算部５は上記偏差ｅｒに
基づき操作量ＭＶを演算し、これを連続制御部１８の位
相制御ユニット１０に加える処理を行う。これによって
連続制御部１８は連続制御により温度制御を行う。な
お、この実施例では、連続制御部１８は、常に選択され
る組合せ中に含まれるようになっている（図５参照）。

【００３３】図５に示すように、加熱比率Ｔht／Ｔcyが
０．５未満の範囲の場合は、制御モードはＭ１であり、
５０％の熱源１３を制御する連続制御部１８のみが選択
されるとともに、位相制御ユニット１０の制御定数とし
て比例ゲインＫp1、積分時間ＴI1、微分時間ＴD1が選択
され、連続制御部１８のみを上記制御定数で動作させる
ことで温度制御がなされる。

【００３４】また、加熱比率Ｔht／Ｔcyが０．７５未満
０．５以上の範囲の場合は、制御モードはＭ２であり、
２５％の熱源１１を制御するオンオフ制御部１６と５０
％の熱源１３を制御する連続制御部１８が選択されると
ともに、位相制御ユニット１０の制御定数として比例ゲ
インＫp2、積分時間ＴI2、微分時間ＴD2が選択され、オ
ンオフ制御部１６を動作させるとともに連続制御部１８
を上記制御定数で動作させることで温度制御がなされ
る。

【００３５】また、加熱比率Ｔht／Ｔcyが０．７５以上
の範囲の場合は、制御モードはＭ３であり、すべての制
御部が選択されるとともに、位相制御ユニット１０の制
御定数として比例ゲインＫp3、積分時間ＴI3、微分時間
ＴD3が選択され、オンオフ制御部１６、１７を動作させ
るとともに連続制御部１８を上記制御定数で動作させる
ことで温度制御がなされる。

【００３６】この結果、現在の流体１４の熱容量に適合
した最適な温度制御が、安定して精度よくなされること
になる。

【００３７】以上、制御モードＭ１…に応じてメモリ内
に格納された制御定数Ｋp1…をそのまま使用する場合に
ついて示したが、必要に応じて制御定数Ｋp、ＴI、ＴD
を後述するリミットサイクル法などによって、再調整す
るようにしてもよい。このような再調整がなされるの
は、いわゆるオートチューニングモード時や制御精度が
一定値以下になった場合などである。

【００３８】つぎに、温度制御中に外乱等が発生し、こ
れにより流体の流量等が変化した場合の制御について説
明する。

【００３９】制御装置運転中に流体１４の流量等が変化
すると、現在選択されている制御モードでは対処できな
くなり、位相制御ユニット１０への操作量ＭＶの出力
は、最小（＝０％）となり能力過剰となるか、あるいは
最大（＝１００％）となり能力不足となる。

【００４０】そこで、この実施例では、能力過剰、能力
不足に応じてオンオフ制御部を適宜動作、不動作にして
いる。

【００４１】図６（ａ）はかかる場合の操作量ＭＶの変
化の様子を示したものであり、温度制御モード時に操作
量ＭＶが、予め設定された時間Ｔ1以上最小値（０％）
を示した場合には、能力過剰の場合なので、現在選択さ
れているオンオフ制御部のうちの１つ、たとえば制御部
１７を不動作にさせ、供給熱量を減らすようにしている
（図６（ｂ）参照）。また、同様に、温度制御モード時
に操作量ＭＶが、予め設定された時間Ｔ2以上最大値
（１００％）を示した場合は、能力不足の場合なので、
現在選択されているオンオフ制御部のうち１つ、たとえ
ば制御部１７を動作させ、供給熱量を増加させるように
している（図６（ｂ）参照）。

【００４２】なお、この実施例では、制御部の動作不動
作、つまり熱源の増減を１つずつ行うようにしている
が、一度に２以上増減させるような実施も可能である。

【００４３】また、設定時間に応じて熱源の増減を行う
ようにしているが、この代わりに図６（ａ）に示すよう
に操作量ＭＶが最小値に移行するときの傾きＡが一定値
以上となった場合に、あるいは操作量ＭＶが最大値に移
行するときの傾きＢが一定値以上となった場合に、それ
ぞれ熱源を減じ、あるいは増加させるようにしてもよ
い。また、目標値ＳＶの変更に応じて熱源を増減させる
ような実施も可能である。

【００４４】このように熱源の増減に応じて負荷１４の
熱容量と加熱能力がバランスすると操作量が変化する。

【００４５】そこで、制御モードの変化に応じて、各モ
ードごとに設定されメモリ内に格納されているＫp、Ｔ
I、ＴDなどの制御定数に切り換えるようにしてもよく、
あるいは連続制御部１８の制御定数を調整するようにし
てもよい。図７から図１１はこの調整処理を説明する図
である。

【００４６】図７は、連続制御部１８の制御系をディジ
タルＰＩＤ制御ブロックとして表したものである。図
中、ｗは目標値ＳＶに相当し、ｅは偏差ｅｒに相当し、
ｕは操作量ＭＶに相当し、ｙは制御量ＰＶ＿ＯＵＴに相
当する。Ｔはサンプリング時間である。

【００４７】ＰＩＤ補償器の連続時間制御則は、一般に
つぎの伝達関数で定義される。

【００４８】 Ｇｃ＝Ｋp（１＋１／ＴI・ｓ＋ＴD・ｓ） …（４） ここで、Ｋpは比例ゲイン、ＴIは積分時間、ＴDは微分
時間である。

【００４９】図７のＰＩＤ補償器２２はディジタル補償
器であるので、上記（４）式を後退差分近似によって離
散時間速度型のＰＩＤ制御則にすることができ、操作量
ｕ（ｋ）は、 ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ−１）＋（Ｋp＋ＫI＋ＫD）・ｅ（ｋ）−（Ｋp＋２ＫD） ・ｅ（ｋ−１）＋Ｋp・ｅ（ｋ−２） …（５） とサンプリング回数ｋの関数で表すことができる。

【００５０】ここで、ＫI（＝ＫpＴ／ＴI）は積分ゲイ
ン、ＫD（＝ＫpＴD／Ｔ）は微分ゲインであり、図７中
に伝達関数Ｇｃを示す。

【００５１】上記（５）式に含まれているＫp、ＴI、Ｔ
Dの各定数は、制御システムに応じた固有の最適値に調
整する必要がある。

【００５２】しかし、システムの置かれた環境、制御対
象によっては、Ｋp、ＴI、ＴDの調整は微妙であり、従
来、現場のエンジニアの経験に頼るところが大きかっ
た。

【００５３】そこで、この実施例では、温度制御モード
時に、いわゆる閉ループ式のリミットサイクルチューニ
ング法を採用し、ＰＩＤチューニングの初心者でも、簡
単にＰＩＤの調整を行うことができるようにしている。

【００５４】すなわち、図８に示すように、ＰＩＤチュ
ーニング時には、ＰＩＤ補償器２２にて偏差の正負に応
じて操作量がＭ、−Ｍとなる２位置のオンオフ制御を行
わせるようにし、図９（ａ）に示すようにリミットサイ
クルを生成するようにしている。なお、図９の横軸ｔは
時間である。

【００５５】図９（ａ）のリミットサイクルの波形より
振幅Ｘ0を計測することができる。また、図９（ｂ）の
操作量ｕのオンオフサイクルの波形より周期Ｔ0および
オン時間Ｔhを計測することができる。

【００５６】こうして計測された振幅Ｘ0等から比例ゲ
インＫp等を下記表のごとく決定することができる。な
お、定値制御と追値制御の場合で値を異ならせるように
している。

【００５７】 上記表において、Ａ＝８Ｍ／πＸ0 であり、αは補正
係数である。通常はα＝１として比例ゲインＫpの値を
算出するが、さらに最適な定数に近づけるため、補正係
数αを制御システムに応じて決定することができる。こ
のαの決定法には、特に決まったことはなく、ベテラン
オペレータの経験によって数値を決めてしまうとか、Ａ
Ｉ手法を取り入れることも考えられるが、この実施例で
は、補正係数αは非線形要素の記述関数から次式（６）
のような演算から求めるようにする。

【００５８】 α＝√（（１−cos（2Th/T0π））／２） …（６） なお、図１０に示すようにＰＩＤ補償器２２で行うオン
オフ動作にヒステリシスを与えるようにしてもよい。な
お、図１０中のΔは動作すきまである。このようにヒス
テリシスを与えているのは、制御対象によっては加熱時
間Ｔh、または冷却時間Ｔ0−Ｔhがサンプリング時間Ｔ
よりも小さくなった場合、α＝０となり、比例ゲインＫ
p＝０となってしまうことを抑えるためである。

【００５９】図１１に図１０の制御系によりヒステリシ
スを有したオンオフ制御を行ったときの、制御量ｙの波
形および操作量ｕの波形を、図９と同様に示している。
なお、これら波形の振幅Ｘ0等からＰＩＤ補償器２２の
制御定数Ｋp等を決定する方法は図９の場合と同様であ
る。

【００６０】このようにヒステリシスを与えた場合、そ
うでない場合よりも、制御量ｙの振幅Ｘ0が増加するこ
とが考えられるが、この増加分を含んだＸ0を直接用い
たとしても、結果的に補償器２２のゲインは小さくなる
方向になるため、その影響で不安定な制御に至ることは
ないと考えられる。

【００６１】以上のように、温度制御モード時に外乱等
によって流体の流量等が変化したとしても、上述するよ
うなＰＩＤチューニングを行うことで、最適な制御定数
Ｋp等が決定され、安定した精度のよい制御を継続して
行うことができる。

【００６２】なお、実施例では連続制御部がＰＩＤ制御
を行う場合について示したが、他の制御、たとえばファ
ジー制御を行う場合にも本発明を適用することができ
る。この場合、ＰＩＤ制御における制御定数である比例
ゲイン、積分時間、微分時間について実施例において行
った処理と同様な処理を、ファジー制御における制御定
数であるメンバシップ関数等について行うようにすれば
よい。

【００６３】なお、実施例では、制御部はオンオフ制御
部と連続制御部からなっているが、オンオフ制御部の
み、あるいは連続制御部のみから構成するようにしても
よい。また、実施例では制御部の合計数、つまり熱源の
合計数を３としているが、これ以上にすることもでき、
また場合によっては合計数が２であってもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
体の熱容量に適合した熱源を制御する制御手段の組合せ
によって温度制御を行うようにしたので、温度制御が安
定して精度よく行われる。また、温度制御中に外乱等が
生じて流体の流量等が変化したとしても、この変化に応
じて最適な組合せが選択し直され温度制御が行われるの
で、外乱にかかわらず精度のよい制御を継続して行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る流体の温度制御装置の実施
例の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は図１に示す連続制御部の制御系の構成を
示しブロック図である。

【図３】図３は図１のＣＰＵで実行される処理手順を示
すフローチャートで、図１に示す装置の起動時の処理の
みを示す図である。

【図４】図４は図３に示す処理を説明するために用いた
グラフであり、オンオフ制御が行われる際の流体の温度
の変化の様子および連続制御部に加えられる制御量の変
化の様子を示すグラフである。

【図５】図５は図３に示す処理を説明するために用いた
図であり、演算された加熱比率に対応する各制御部の組
合せを示す図である。

【図６】図６は連続制御部による温度制御中に制御能力
過剰ないしは能力不足となった場合に、オンオフ制御部
の動作不動作を指示する様子を示すグラフである。

【図７】図７は図１に示す連続制御部の制御系をディジ
タルＰＩＤ制御ブロックとして示したブロック図であ
る。

【図８】図８は図７に示すＰＩＤ補償器がオンオフ制御
を行うときの制御系のブロック図である。

【図９】図９は図８に示す制御系によりオンオフ制御が
なされたときの制御量と操作量の変化の様子を示すグラ
フである。

【図１０】図１０は図９のＰＩＤ補償器で行われるオン
オフ動作にヒステリシスを与えたときの制御系のブロッ
ク図である。

【図１１】図１１は図１０にに示す制御系によりオンオ
フ制御がなされたときの制御量と操作量の変化の様子を
示すグラフである。

【符号の説明】

３ オンオフ制御演算部 ４ 負荷熱容量推定部 ５ 操作量演算部 １１ 熱源 １２ 熱源 １３ 熱源 １４ 負荷 １６ オンオフ制御部 １７ オンオフ制御部 １８ 連続制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の目標温度と該流体の現在温度
   との偏差に応じて熱源で発生する熱を前記流体に供給す
   る制御手段を、複数の熱源ごとに設け、これら複数の制
   御手段の中から各制御手段の組合せを適宜選択し前記流
   体を目標温度に制御する流体の温度制御装置において、 前記偏差の極性に応じて前記流体への熱の供給をオンオ
   フする制御を前記複数の制御手段のすべてに行わせ、オ
   ンオフの１周期に対するオン時間の比を演算し、該演算
   された比に基づいて前記流体の熱容量を推定し、該推定
   された熱容量に対応する熱容量の熱源を制御する各制御
   手段の組合わせを前記複数の制御手段の中から選択し、 該選択された組合せの制御手段に温度制御を行わせ、前
   記流体の温度を目標温度に制御するようにした流体の温
   度制御装置。
2. 【請求項２】 流体の目標温度と該流体の現在温度
   との偏差の極性に応じて熱源で発生する熱の流体への供
   給をオンオフするオンオフ制御を行うオンオフ制御手段
   または前記偏差に基づいて熱源で発生する熱を前記流体
   に連続的に供給する連続制御を行う連続制御手段を、複
   数の熱源ごとに設け、これら複数の制御手段の中から各
   制御手段の組合せを適宜選択し前記流体を目標温度に制
   御する流体の温度制御装置において、 すべてのオンオフ制御手段にオンオフ制御を行わせると
   ともにすべての連続制御手段にオンオフ制御を行わせ、
   オンオフの１周期に対するオン時間の比を演算し、該演
   算された比に基づいて前記流体の熱容量を推定し、該推
   定された熱容量に対応する熱容量の熱源を制御する各制
   御手段の組合わせを前記複数のオンオフ制御手段および
   連続制御手段の中から選択し、 該選択された各制御手段の組合せ中のオンオフ制御手段
   にオンオフ制御を行わせるとともに、前記選択された組
   合せ中の連続制御手段に連続制御を行わせ、前記流体の
   温度を目標温度に制御するようにした流体の温度制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記選択される各制御手段の組合せ
   中には、前記連続制御手段が常に含まれており、 前記連続制御手段は所定の制御定数に基づく所定の制御
   を行う制御手段であり、前記選択される各制御手段の組
   合せごとに、前記連続制御手段の制御に使用される前記
   所定の制御定数の各値が予め定められている請求項２記
   載の流体の温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記オンオフ制御手段および前記連
   続制御手段の合計数は２以上であり、前記選択される各
   制御手段の組合せ中には、前記連続制御手段が常に含ま
   れており、 前記流体の温度制御中に、前記連続制御手段の操作量が
   最小値となった場合に、温度制御を行うオンオフ制御手
   段を減少させるとともに、前記連続制御手段の操作量が
   最大値となった場合に、温度制御を行うオンオフ制御手
   段を増加させるようにした請求項２記載の流体の温度制
   御装置。
5. 【請求項５】 前記連続手段はＰＩＤ制御を行う制
   御手段であり、前記流体の温度制御中に前記連続制御手
   段にオンオフ制御を行わせ、リミットサイクルを生成さ
   せ、このリミットサイクル波形の振幅とオンオフの１周
   期とオン時間とに基づいて前記連続制御手段の制御に使
   用される比例ゲイン、積分時間、微分時間の各値を変化
   させるようにした請求項２記載の流体の温度制御装置。